JPH04280447A - p型InP基板とその評価方法 - Google Patents
p型InP基板とその評価方法Info
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- JPH04280447A JPH04280447A JP6927791A JP6927791A JPH04280447A JP H04280447 A JPH04280447 A JP H04280447A JP 6927791 A JP6927791 A JP 6927791A JP 6927791 A JP6927791 A JP 6927791A JP H04280447 A JPH04280447 A JP H04280447A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はZnをドープした半導
体レーザ、発光ダイオ−ドを作るためのp型InP基板
に関する。
体レーザ、発光ダイオ−ドを作るためのp型InP基板
に関する。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオ−ド、半導体レーザなどの発
光素子は、GaAs、InPなどIII−V族化合物半
導体基板の上にIII −V族混晶半導体を幾層にもエ
ピタキシャル成長することによって作られる。最も早く
に現れた半導体レーザはn型GaAs基板の上へ、Al
GaAsの混晶、GaAsの薄膜をエピタキシャル成長
させてダブルヘテロ構造としたものである。n型基板の
上にn型クラッド層、ノンドープ(或は低濃度のp型)
活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層などが積層
されていた。n型の方がp型より比抵抗が小さく、基板
による抵抗を小さくするためにはn型基板の方が都合が
良かったのである。またn型基板の方がオ−ミック接合
電極を作りやすい。
光素子は、GaAs、InPなどIII−V族化合物半
導体基板の上にIII −V族混晶半導体を幾層にもエ
ピタキシャル成長することによって作られる。最も早く
に現れた半導体レーザはn型GaAs基板の上へ、Al
GaAsの混晶、GaAsの薄膜をエピタキシャル成長
させてダブルヘテロ構造としたものである。n型基板の
上にn型クラッド層、ノンドープ(或は低濃度のp型)
活性層、p型クラッド層、p型コンタクト層などが積層
されていた。n型の方がp型より比抵抗が小さく、基板
による抵抗を小さくするためにはn型基板の方が都合が
良かったのである。またn型基板の方がオ−ミック接合
電極を作りやすい。
【0003】GaAs系の発光素子は0.7〜0.8μ
mの波長の光を出すが、光通信に用いられる長波長の光
を生ずるためにはInP系の発光素子を使う。もともと
GaAs系発光素子の研究開発をしていた技術者がIn
P系発光素子の開発を進めることになったので、n型I
nP基板の上にInGaAsP、InPの薄膜を積層し
てpn接合を作るようにした。現在でもn型InP基板
を用いた半導体レーザ、発光ダイオ−ドが主流である。
mの波長の光を出すが、光通信に用いられる長波長の光
を生ずるためにはInP系の発光素子を使う。もともと
GaAs系発光素子の研究開発をしていた技術者がIn
P系発光素子の開発を進めることになったので、n型I
nP基板の上にInGaAsP、InPの薄膜を積層し
てpn接合を作るようにした。現在でもn型InP基板
を用いた半導体レーザ、発光ダイオ−ドが主流である。
【0004】ところが近年p型InP基板を用いた半導
体レーザが注目されている。より高温での動作が可能だ
という理由による。なぜ高温でn型InP基板のレーザ
が動作不良になるかということは、例えばY.NAKA
NO & Y.NOGUCHI,”1.3μm
Buried−HeterostructureLas
ers on p−type InPSubst
rates”,IEEEJ.Quantum Ele
ctoronics,vol.QE21,No.5,p
.452−457(1985)に説明されている。埋め
込み型半導体レーザの場合、発光に寄与するpn接合の
両側を埋め込み層で覆う。この部分はpn接合だけに電
流と光を集中させるためのものでpnpnのサイリスタ
的な構造を持っている。つまりn型基板の場合は埋め込
み層はpnとなりn型の基板とp型コンタクト層と合わ
せて基板側からnpnpの構造になる。基板に接する層
はp型の薄膜である。これは中央の活性層より下になけ
ればならない。もしも埋め込み層の第1層が活性層より
上にあると、p型クラッド層から埋め込み第1層のp型
へ電流が流れこれからn型基板へ電流が流れるからであ
る。この電流がゲート電流となりサイリスタをオン状態
にする。 この点はp型基板の場合も同様で両側に埋め込み層を設
けるが、これは当然np層となる。基板に接する埋め込
み第1層はn型である。埋め込み第1層は薄いものでな
ければならない。いずれにしても、埋め込み層はpnp
n、npnpのサイリスタ構造になるのである。この内
、最も薄いのは基板の直ぐ上の埋め込み第1層になる。 これは基板から少数キャリヤが注入されるが、埋め込み
第2層との間が逆バイアスされたpn接合になるのでこ
こで電流が阻止されるのである。n型基板の場合は、埋
め込み第1層がp型、第2層がn型であり、第1層第2
層のpn接合が逆バイアスされることになる。p型基板
の場合は埋め込み第1層がn型、第2層がp型で、第1
層第2層のnp接合が逆バイアスされる。このようなこ
とは埋め込み型に限らず全ての半導体レーザに於いても
共通のことである。電流と光を活性層の狭い領域に集中
する必要があるからである。
体レーザが注目されている。より高温での動作が可能だ
という理由による。なぜ高温でn型InP基板のレーザ
が動作不良になるかということは、例えばY.NAKA
NO & Y.NOGUCHI,”1.3μm
Buried−HeterostructureLas
ers on p−type InPSubst
rates”,IEEEJ.Quantum Ele
ctoronics,vol.QE21,No.5,p
.452−457(1985)に説明されている。埋め
込み型半導体レーザの場合、発光に寄与するpn接合の
両側を埋め込み層で覆う。この部分はpn接合だけに電
流と光を集中させるためのものでpnpnのサイリスタ
的な構造を持っている。つまりn型基板の場合は埋め込
み層はpnとなりn型の基板とp型コンタクト層と合わ
せて基板側からnpnpの構造になる。基板に接する層
はp型の薄膜である。これは中央の活性層より下になけ
ればならない。もしも埋め込み層の第1層が活性層より
上にあると、p型クラッド層から埋め込み第1層のp型
へ電流が流れこれからn型基板へ電流が流れるからであ
る。この電流がゲート電流となりサイリスタをオン状態
にする。 この点はp型基板の場合も同様で両側に埋め込み層を設
けるが、これは当然np層となる。基板に接する埋め込
み第1層はn型である。埋め込み第1層は薄いものでな
ければならない。いずれにしても、埋め込み層はpnp
n、npnpのサイリスタ構造になるのである。この内
、最も薄いのは基板の直ぐ上の埋め込み第1層になる。 これは基板から少数キャリヤが注入されるが、埋め込み
第2層との間が逆バイアスされたpn接合になるのでこ
こで電流が阻止されるのである。n型基板の場合は、埋
め込み第1層がp型、第2層がn型であり、第1層第2
層のpn接合が逆バイアスされることになる。p型基板
の場合は埋め込み第1層がn型、第2層がp型で、第1
層第2層のnp接合が逆バイアスされる。このようなこ
とは埋め込み型に限らず全ての半導体レーザに於いても
共通のことである。電流と光を活性層の狭い領域に集中
する必要があるからである。
【0005】さて基板から埋め込み第1層へ入った少数
キャリヤは多部分が多数キャリヤと再結合して消滅する
のであるが、一部分は濃度差ポテンシャルによって拡散
し埋め込み第2層の中へ入る。これは埋め込み層を伝わ
る漏れ電流である。半導体レーザは低温であるほど発光
パワーが大きい。これはよく知られていることである。 高温になると電流に対する発光パワー増加の勾配が少な
くなるし、閾値(Threshold)電圧自体も高く
なる。これは高温になればなるほど活性層の両側を通る
漏れ電流が増加するためである。すると高温で漏れ電流
の少ない構造の半導体レーザが高温でも効率良く発振で
きるということである。
キャリヤは多部分が多数キャリヤと再結合して消滅する
のであるが、一部分は濃度差ポテンシャルによって拡散
し埋め込み第2層の中へ入る。これは埋め込み層を伝わ
る漏れ電流である。半導体レーザは低温であるほど発光
パワーが大きい。これはよく知られていることである。 高温になると電流に対する発光パワー増加の勾配が少な
くなるし、閾値(Threshold)電圧自体も高く
なる。これは高温になればなるほど活性層の両側を通る
漏れ電流が増加するためである。すると高温で漏れ電流
の少ない構造の半導体レーザが高温でも効率良く発振で
きるということである。
【0006】埋め込み第1層は薄くてこれを拡散によっ
て通る電流が埋め込み第2層に到達しこのポテンシャル
を越えれば漏れ電流になるわけである。ところが高温に
なれば、活性層のオ−ジェ非発光再結合吸収の増加や活
性層からInPクラッドへのキャリアのオ−バ−フロ−
により発光効率が低下するので、光の強度を保つため順
方向に印加する電圧を大きくする必要がある。すると、
埋め込み第1層と2層の間のポテンシャル障壁を少数キ
ャリヤが乗り越えやすくなる。従って、拡散によって埋
め込み第1層を通過した少数キャリヤが多いと漏れ電流
が多くなり、さらに発光効率が低下する。
て通る電流が埋め込み第2層に到達しこのポテンシャル
を越えれば漏れ電流になるわけである。ところが高温に
なれば、活性層のオ−ジェ非発光再結合吸収の増加や活
性層からInPクラッドへのキャリアのオ−バ−フロ−
により発光効率が低下するので、光の強度を保つため順
方向に印加する電圧を大きくする必要がある。すると、
埋め込み第1層と2層の間のポテンシャル障壁を少数キ
ャリヤが乗り越えやすくなる。従って、拡散によって埋
め込み第1層を通過した少数キャリヤが多いと漏れ電流
が多くなり、さらに発光効率が低下する。
【0007】図11に示すように、n基板では、n基板
/埋め込み第1層(p)/埋め込み第2層(n)/pク
ラッド層からnpnpサイリスタ構造が形成され、埋め
込み第1層がゲ−トに相当する。この中で、ゲ−トを含
むnpnトランジスタに着目すると、コレクタ電流Ic
が電流リ−クIL に等しい。よく知られるように、
コレクタ電流Ic とゲ−ト電流の比Ic /IG 、
つまり電流増幅率は、ゲ−ト領域の少数キャリアの移動
度に比例する。npnトランジスタでは、ゲ−ト領域で
ある第1埋め込み層(p)の少数キャリアは電子である
。図12に示すように、p基板でも、同様にp基板/埋
め込み第1層(n)/埋め込み第2層(p)/nクラッ
ド層から、pnpnサイリスタ構造が形成されるが、ゲ
−トは埋め込み第1層(n)であり、ゲ−トを含むpn
pトランジスタのゲ−トn層の少数キャリアはホ−ルで
ある。移動度は温度によるが、InPの場合、正孔移動
度は電子移動度よりずっと小さく、1/20〜1/30
の程度であり、従ってp基板のpnpトランジスタの電
流増幅率の方がn基板のnpnトランジスタの電流増幅
率より1/20〜1/30小さくなることになり、コレ
クタ電流つまりリ−ク電流もp基板の方がn基板より1
/20〜1/30小さい事が分かる。
/埋め込み第1層(p)/埋め込み第2層(n)/pク
ラッド層からnpnpサイリスタ構造が形成され、埋め
込み第1層がゲ−トに相当する。この中で、ゲ−トを含
むnpnトランジスタに着目すると、コレクタ電流Ic
が電流リ−クIL に等しい。よく知られるように、
コレクタ電流Ic とゲ−ト電流の比Ic /IG 、
つまり電流増幅率は、ゲ−ト領域の少数キャリアの移動
度に比例する。npnトランジスタでは、ゲ−ト領域で
ある第1埋め込み層(p)の少数キャリアは電子である
。図12に示すように、p基板でも、同様にp基板/埋
め込み第1層(n)/埋め込み第2層(p)/nクラッ
ド層から、pnpnサイリスタ構造が形成されるが、ゲ
−トは埋め込み第1層(n)であり、ゲ−トを含むpn
pトランジスタのゲ−トn層の少数キャリアはホ−ルで
ある。移動度は温度によるが、InPの場合、正孔移動
度は電子移動度よりずっと小さく、1/20〜1/30
の程度であり、従ってp基板のpnpトランジスタの電
流増幅率の方がn基板のnpnトランジスタの電流増幅
率より1/20〜1/30小さくなることになり、コレ
クタ電流つまりリ−ク電流もp基板の方がn基板より1
/20〜1/30小さい事が分かる。
【0008】こういう訳でp型基板の半導体レーザの方
が高温に於いて漏れ電流が少なく従って高温まで動作可
能だということになる。p型基板InPレーザが注目さ
れ始めたのは1984〜1985年頃であるが、これに
関する多くの提言がなされている。しかしこれは全て活
性層や埋め込み層についての改良であった。例えばK.
Imanaka,H.Horikawa,A.Mato
ba,Y.Kawai,& M.Sakuta,”H
igh power output,lowthr
eshold,inner stripe GaI
nAsP laserdiode on a
p−type InP substrate”,A
ppl.Rhys.Lett.vol.45(3),p
282(1984)は活性層InGaAsPの中へZn
をドープしてp型にすることを提案している。埋め込み
型(BH)ではなくV溝型の半導体レーザである。液相
エピタキシーによって層成長するものであるが活性層I
nGaAsP(0.2μm厚)のZnの最適ドープ量が
いくらであるかを求めている。液相エピタキシーである
からGa、In、As、Pの存在する液相にドーパント
であるZnを混ぜるのであるが、Znの原子比率が溶液
中で7×10−6であるのが最適であるとしている。活
性層のZn濃度がこれより低いと抵抗が増えて望ましく
ない。活性層のZn濃度がこれより高いと光の吸収が大
きくなって好ましくないというわけである。これは活性
層のことであって基板のことではない。基板はZnドー
プでキャリヤ濃度が5×1018cm−3であるとして
いる。
が高温に於いて漏れ電流が少なく従って高温まで動作可
能だということになる。p型基板InPレーザが注目さ
れ始めたのは1984〜1985年頃であるが、これに
関する多くの提言がなされている。しかしこれは全て活
性層や埋め込み層についての改良であった。例えばK.
Imanaka,H.Horikawa,A.Mato
ba,Y.Kawai,& M.Sakuta,”H
igh power output,lowthr
eshold,inner stripe GaI
nAsP laserdiode on a
p−type InP substrate”,A
ppl.Rhys.Lett.vol.45(3),p
282(1984)は活性層InGaAsPの中へZn
をドープしてp型にすることを提案している。埋め込み
型(BH)ではなくV溝型の半導体レーザである。液相
エピタキシーによって層成長するものであるが活性層I
nGaAsP(0.2μm厚)のZnの最適ドープ量が
いくらであるかを求めている。液相エピタキシーである
からGa、In、As、Pの存在する液相にドーパント
であるZnを混ぜるのであるが、Znの原子比率が溶液
中で7×10−6であるのが最適であるとしている。活
性層のZn濃度がこれより低いと抵抗が増えて望ましく
ない。活性層のZn濃度がこれより高いと光の吸収が大
きくなって好ましくないというわけである。これは活性
層のことであって基板のことではない。基板はZnドー
プでキャリヤ濃度が5×1018cm−3であるとして
いる。
【0009】特願昭60−044640号はp型基板I
nP埋め込み型半導体レーザの埋め込み層を伝わる漏れ
電流を減らすための工夫を提案している。埋め込み層を
pnpの3層構造(既述のものはnp2層)にしn型埋
め込み層から、活性層の上にあるn型クラッド層(中央
)へ伝わる漏れ電流をなくすためn型埋め込み層を加え
これがn型埋め込み層とn型クラッド層の間に介在する
ようにしている。n型埋め込み層は抵抗が低いのでもし
もn型クラッドに接触していると、この間で電流が流れ
てしまう。これを防ぐためn型埋め込み層とn型クラッ
ド層の間に抵抗の高いp型層を入れ3層の埋め込み層と
している。しかしこうすると新たに加えたp型埋め込み
層からn型クラッド層へ漏れ電流が流れる。特開平1−
300581号はこれを防ぐためp+ pnpの4層の
埋め込み層を提案している。p+ p層がn型埋め込み
層とn型クラッド層とを離隔する。p+ がn型クラッ
ド層の両側をp型に反転させ、高抵抗のp型の領域を増
やしている。両方の効果で漏れ電流が少なくなると述べ
ている。これも埋め込み層の改良であって基板について
述べるところはない。
nP埋め込み型半導体レーザの埋め込み層を伝わる漏れ
電流を減らすための工夫を提案している。埋め込み層を
pnpの3層構造(既述のものはnp2層)にしn型埋
め込み層から、活性層の上にあるn型クラッド層(中央
)へ伝わる漏れ電流をなくすためn型埋め込み層を加え
これがn型埋め込み層とn型クラッド層の間に介在する
ようにしている。n型埋め込み層は抵抗が低いのでもし
もn型クラッドに接触していると、この間で電流が流れ
てしまう。これを防ぐためn型埋め込み層とn型クラッ
ド層の間に抵抗の高いp型層を入れ3層の埋め込み層と
している。しかしこうすると新たに加えたp型埋め込み
層からn型クラッド層へ漏れ電流が流れる。特開平1−
300581号はこれを防ぐためp+ pnpの4層の
埋め込み層を提案している。p+ p層がn型埋め込み
層とn型クラッド層とを離隔する。p+ がn型クラッ
ド層の両側をp型に反転させ、高抵抗のp型の領域を増
やしている。両方の効果で漏れ電流が少なくなると述べ
ている。これも埋め込み層の改良であって基板について
述べるところはない。
【0010】特開平1−287985号も漏れ電流を少
なくするための改良である。活性層の上のn型クラッド
層の上にp型InPセパレーション層を成長させ、埋め
込み層を成長させた後、セパレーション層の中央部まで
上からエッチングしここにn型クラッド層を成長させる
ものである。n型クラッド層の側面にはp型セパレーシ
ョン層が存在しこれが埋め込み層のn型層との接触を遮
断している。このため埋め込みn型層からn型クラッド
層へ漏れ電流が流れない。これも埋め込み層の改良であ
って基板について述べるところはない。
なくするための改良である。活性層の上のn型クラッド
層の上にp型InPセパレーション層を成長させ、埋め
込み層を成長させた後、セパレーション層の中央部まで
上からエッチングしここにn型クラッド層を成長させる
ものである。n型クラッド層の側面にはp型セパレーシ
ョン層が存在しこれが埋め込み層のn型層との接触を遮
断している。このため埋め込みn型層からn型クラッド
層へ漏れ電流が流れない。これも埋め込み層の改良であ
って基板について述べるところはない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】n型InP基板の場合
と違ってp型InP基板は新たな問題を生ずる。既に述
べたように埋め込み層、活性層についての研究は盛んで
あるが基板自体については考慮が十分になされていない
。電子移動度が正孔移動度の20〜30倍であるのでn
型基板の場合低抵抗であってドーパントの量は少なくて
良い。しかしp型InP基板を使うとなるとこれを低抵
抗にするには多くのドーパントを入れる必要がある。 基板はエピタキシャル膜に比べ格段に厚いからことさら
低抵抗にしなければならない。
と違ってp型InP基板は新たな問題を生ずる。既に述
べたように埋め込み層、活性層についての研究は盛んで
あるが基板自体については考慮が十分になされていない
。電子移動度が正孔移動度の20〜30倍であるのでn
型基板の場合低抵抗であってドーパントの量は少なくて
良い。しかしp型InP基板を使うとなるとこれを低抵
抗にするには多くのドーパントを入れる必要がある。 基板はエピタキシャル膜に比べ格段に厚いからことさら
低抵抗にしなければならない。
【0012】基板から発光するわけではないので光の吸
収という問題もないはずで、基板は電気的特性だけが問
題になるものと考えられた。このため基板の特性評価は
もっぱらキャリヤ濃度によってなされていた。例えば前
述のAppl.Rhys.Lett.45(3),p2
82(1984)はZnドープでキャリヤ濃度が5×1
018cm−3のInP基板を使ったと述べていた。キ
ャリヤ濃度はHall測定により簡単に測定することが
できる。しかしながら同じようにキャリヤ濃度を規定し
てもその基板の上に作った半導体レーザはその特性にバ
ラツキがある。あるものは良好に発光するが、他のもの
は発光効率が低い。従来は液相エピタキシーで作ってい
たが、これをMOCVD法で作ろうとすると特にバラツ
キの問題が顕著になる。これは未知の変数があってこれ
が制御されていないということである。本発明者は様々
な実験を繰り返したところ、InP基板からドーパント
であるZnが、加熱によって動きやすくなって、活性層
の方へ拡散する現象を見出した。半導体レーザ(BH型
)を作るためには3回エピタキシャル成長を行う。活性
層を作るための第1回目のエピタキシーの後に埋め込み
層の形成のための第2回目のエピタキシー、さらにコン
タクト層の形成のための第3回目のエピタキシーを行う
。 図1は半導体レーザの製造工程を略示する。活性層が形
成された後、2回もエピタキシーを行う。この時に基板
が高温に加熱される。例えば液相エピタキシーであれば
600℃程度で2時間程度加熱状態が続く。このため図
2に示すようにZnの拡散が起こる。基板のZnがp−
InPクラッド層を通り抜けてInGaAsP活性層に
入る。
収という問題もないはずで、基板は電気的特性だけが問
題になるものと考えられた。このため基板の特性評価は
もっぱらキャリヤ濃度によってなされていた。例えば前
述のAppl.Rhys.Lett.45(3),p2
82(1984)はZnドープでキャリヤ濃度が5×1
018cm−3のInP基板を使ったと述べていた。キ
ャリヤ濃度はHall測定により簡単に測定することが
できる。しかしながら同じようにキャリヤ濃度を規定し
てもその基板の上に作った半導体レーザはその特性にバ
ラツキがある。あるものは良好に発光するが、他のもの
は発光効率が低い。従来は液相エピタキシーで作ってい
たが、これをMOCVD法で作ろうとすると特にバラツ
キの問題が顕著になる。これは未知の変数があってこれ
が制御されていないということである。本発明者は様々
な実験を繰り返したところ、InP基板からドーパント
であるZnが、加熱によって動きやすくなって、活性層
の方へ拡散する現象を見出した。半導体レーザ(BH型
)を作るためには3回エピタキシャル成長を行う。活性
層を作るための第1回目のエピタキシーの後に埋め込み
層の形成のための第2回目のエピタキシー、さらにコン
タクト層の形成のための第3回目のエピタキシーを行う
。 図1は半導体レーザの製造工程を略示する。活性層が形
成された後、2回もエピタキシーを行う。この時に基板
が高温に加熱される。例えば液相エピタキシーであれば
600℃程度で2時間程度加熱状態が続く。このため図
2に示すようにZnの拡散が起こる。基板のZnがp−
InPクラッド層を通り抜けてInGaAsP活性層に
入る。
【0013】基板に高濃度のZnが入ると最初の設計値
から異なってくる。Znの量が多すぎると活性層の中を
伝搬する光の吸収が増加する。このため発振特性が劣化
する。つまり閾値電流が増加し、量子効率が低下するの
である。基板から活性層へのZnの拡散がこれまで問題
にされたことは本発明者の知る限りない。p−InPク
ラッド層はもちろんZnをドープしたp型であるが基板
よりZn濃度が低くZn原子の総量も少ないのであまり
問題ではない。しかし基板からのZnの拡散により活性
層の特性が所期のものから外れ光の吸収が増えて発振特
性が低下するというのは本発明者が発見した事実である
。p−InPクラッド層が厚ければ良いのであるが、液
相エピタキシーの場合は成長速度が速いので2〜3μm
のp−InPクラッド層を積層することができても、M
OCVDにすると成長速度が遅いから。0.5〜1μm
程度にしかできない。p−InPクラッド層はますます
薄くなる傾向にあり、Znの拡散を防ぐ上ではあまり役
に立たない。
から異なってくる。Znの量が多すぎると活性層の中を
伝搬する光の吸収が増加する。このため発振特性が劣化
する。つまり閾値電流が増加し、量子効率が低下するの
である。基板から活性層へのZnの拡散がこれまで問題
にされたことは本発明者の知る限りない。p−InPク
ラッド層はもちろんZnをドープしたp型であるが基板
よりZn濃度が低くZn原子の総量も少ないのであまり
問題ではない。しかし基板からのZnの拡散により活性
層の特性が所期のものから外れ光の吸収が増えて発振特
性が低下するというのは本発明者が発見した事実である
。p−InPクラッド層が厚ければ良いのであるが、液
相エピタキシーの場合は成長速度が速いので2〜3μm
のp−InPクラッド層を積層することができても、M
OCVDにすると成長速度が遅いから。0.5〜1μm
程度にしかできない。p−InPクラッド層はますます
薄くなる傾向にあり、Znの拡散を防ぐ上ではあまり役
に立たない。
【0014】基板のZnが2回のエピタキシーに於いて
活性層へ熱拡散するので活性層のZnが増えて光吸収が
増加しレーザとしての特性が低下するのは分かった。し
かしそうであれば、なぜに同じキャリヤ濃度(例えばp
=5×1018cm−3)の基板を使っているのにある
ものは良品であるものは不良品であるのか?これが問題
である。従来は〔Znの濃度〕=〔正孔の濃度〕と考え
られていた。従ってキャリヤ(正孔)濃度が5×101
8cm−3であればZnの濃度も5×1018cm−3
と考えられていた。ZnはInP格子のうちInを置換
しひとつの正孔を生ずるから、上の等式が成り立つはず
である。Si半導体の場合なら、Bをドープしp型、A
a、P、Sbをドープしてn型とするが、この場合はキ
ャリヤ濃度とドーパント濃度はpn接合の近傍を除いて
殆ど一致する。InPの場合も、よほど高濃度でない限
りZn濃度と正孔とは一致すると考えられた。キャリヤ
濃度はホール(Hall)測定ですぐに測れるが、Zn
原子の測定は原子発光分析あるいはSIMSになり破壊
検査であるから実行し難いということもあった。本発明
者は実際には上の等式が成立せず、Znのかなりの部分
が正孔を放出しないということを発見した。InP基板
にZnを入れると3×1018cm−3程度まではZn
濃度と正孔濃度が等しくなる。しかしそれ以上にZnの
ドープ量を増やしても正孔濃度はあまり増えない。つま
り正孔濃度が飽和するのである。正孔の飽和濃度が5×
1018cm−3程度であることも本発明者が初めて見
出した。すると、正孔の濃度が5×1018cm−3と
いうふうに規定した場合、Zn濃度が一義的に決まらず
、Znは少ないときも多いときもあるということになる
。
活性層へ熱拡散するので活性層のZnが増えて光吸収が
増加しレーザとしての特性が低下するのは分かった。し
かしそうであれば、なぜに同じキャリヤ濃度(例えばp
=5×1018cm−3)の基板を使っているのにある
ものは良品であるものは不良品であるのか?これが問題
である。従来は〔Znの濃度〕=〔正孔の濃度〕と考え
られていた。従ってキャリヤ(正孔)濃度が5×101
8cm−3であればZnの濃度も5×1018cm−3
と考えられていた。ZnはInP格子のうちInを置換
しひとつの正孔を生ずるから、上の等式が成り立つはず
である。Si半導体の場合なら、Bをドープしp型、A
a、P、Sbをドープしてn型とするが、この場合はキ
ャリヤ濃度とドーパント濃度はpn接合の近傍を除いて
殆ど一致する。InPの場合も、よほど高濃度でない限
りZn濃度と正孔とは一致すると考えられた。キャリヤ
濃度はホール(Hall)測定ですぐに測れるが、Zn
原子の測定は原子発光分析あるいはSIMSになり破壊
検査であるから実行し難いということもあった。本発明
者は実際には上の等式が成立せず、Znのかなりの部分
が正孔を放出しないということを発見した。InP基板
にZnを入れると3×1018cm−3程度まではZn
濃度と正孔濃度が等しくなる。しかしそれ以上にZnの
ドープ量を増やしても正孔濃度はあまり増えない。つま
り正孔濃度が飽和するのである。正孔の飽和濃度が5×
1018cm−3程度であることも本発明者が初めて見
出した。すると、正孔の濃度が5×1018cm−3と
いうふうに規定した場合、Zn濃度が一義的に決まらず
、Znは少ないときも多いときもあるということになる
。
【0015】これの理由は次のように考えられる。Zn
濃度が低くなると、ZnがInP格子の中でInサイト
を置換せず原子間の位置を占めるようになる。この場合
はZnが電子を引き付けるという作用がなく、ひとつの
正孔を発生しないものと考えられる。つまりキャリヤを
生じない眠ったZnになるのである。しかし安定な状態
ではないから、加熱されると濃度勾配に従って拡散する
のである。キャリヤを生じないのでHall測定にはか
からない。原子発光分析によって始めて分かる。またS
IMSによっても測定することができる。p=5×10
18cm−3と規定して基板を選別しても、Zn濃度の
高いものがあり、この上に2度のエピタキシーを行うと
、Znの活性層への拡散が著しく起こるということにな
るのである。このような事から分かることは、Znドー
プp型InP基板の品質を指定するためにキャリヤ濃度
(p)を使ってはならず、かわりにZn濃度を使わなけ
ればならないということである。もうひとつはZn濃度
が多き過ぎてはならないということである。活性層に至
るZnの拡散が起こらないためZn濃度を適当な範囲に
限定しなければならない。半導体レーザ、発光ダイオ−
ドの基板であって、Znの拡散が少なく良好な半導体レ
ーザ、発光ダイオ−ドを製造することのできるZnドー
プp型InP基板と基板の評価方法を提供することが本
発明の目的である。
濃度が低くなると、ZnがInP格子の中でInサイト
を置換せず原子間の位置を占めるようになる。この場合
はZnが電子を引き付けるという作用がなく、ひとつの
正孔を発生しないものと考えられる。つまりキャリヤを
生じない眠ったZnになるのである。しかし安定な状態
ではないから、加熱されると濃度勾配に従って拡散する
のである。キャリヤを生じないのでHall測定にはか
からない。原子発光分析によって始めて分かる。またS
IMSによっても測定することができる。p=5×10
18cm−3と規定して基板を選別しても、Zn濃度の
高いものがあり、この上に2度のエピタキシーを行うと
、Znの活性層への拡散が著しく起こるということにな
るのである。このような事から分かることは、Znドー
プp型InP基板の品質を指定するためにキャリヤ濃度
(p)を使ってはならず、かわりにZn濃度を使わなけ
ればならないということである。もうひとつはZn濃度
が多き過ぎてはならないということである。活性層に至
るZnの拡散が起こらないためZn濃度を適当な範囲に
限定しなければならない。半導体レーザ、発光ダイオ−
ドの基板であって、Znの拡散が少なく良好な半導体レ
ーザ、発光ダイオ−ドを製造することのできるZnドー
プp型InP基板と基板の評価方法を提供することが本
発明の目的である。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のZnドープIn
P基板は、Zn濃度が3〜7×1018cm−3である
事を特徴とする。特に4〜5×1018cm−3のZn
濃度が望ましい。本発明においてはp型InP基板をキ
ャリヤ濃度ではなく、Zn原子濃度によって行う。
P基板は、Zn濃度が3〜7×1018cm−3である
事を特徴とする。特に4〜5×1018cm−3のZn
濃度が望ましい。本発明においてはp型InP基板をキ
ャリヤ濃度ではなく、Zn原子濃度によって行う。
【0017】
【作用】InP基板中の正孔濃度を5×1018cm−
3と規定するのではなく、Zn濃度を3〜7×1018
cm−3と規定している。既に述べたようにZnドープ
InP基板の中では、漠然と信じられていた〔Zn濃度
〕=〔正孔濃度〕という等式が成立しない。正孔濃度で
規定しても正しくZnの濃度を規定したことにはならな
い。
3と規定するのではなく、Zn濃度を3〜7×1018
cm−3と規定している。既に述べたようにZnドープ
InP基板の中では、漠然と信じられていた〔Zn濃度
〕=〔正孔濃度〕という等式が成立しない。正孔濃度で
規定しても正しくZnの濃度を規定したことにはならな
い。
【0018】図3に本発明者がLEC法で引き上げたZ
nドープInP単結晶中のZn原子濃度とキャリヤ(正
孔)濃度の測定結果を示す。横軸はZn原子濃度で原子
発光分析によって測定している。縦軸は同じ単結晶の正
孔濃度でHall測定によっている。Zn原子濃度が2
.4×1018cm−3、3.8×1018cm−3の
場合は、正孔濃度は2.4×1018cm−3、3.7
×1018cm−3である。ところがZn濃度が4×1
018cm−3を越えると、正孔濃度がZn濃度から大
きくずれてくる。
nドープInP単結晶中のZn原子濃度とキャリヤ(正
孔)濃度の測定結果を示す。横軸はZn原子濃度で原子
発光分析によって測定している。縦軸は同じ単結晶の正
孔濃度でHall測定によっている。Zn原子濃度が2
.4×1018cm−3、3.8×1018cm−3の
場合は、正孔濃度は2.4×1018cm−3、3.7
×1018cm−3である。ところがZn濃度が4×1
018cm−3を越えると、正孔濃度がZn濃度から大
きくずれてくる。
【0019】Zn濃度が4.8×1018cm−3のと
き、正孔濃度(キャリヤ濃度)が4.4×1018cm
−3であり、後者が0.4×1018cm−3低くなっ
ている。Zn濃度が5.4×1018cm−3の場合、
正孔濃度は4.8×1018cm−3である。この場合
0.6×1018cm−3の差がある。Zn濃度が7.
4×1018cm−3の場合は、キャリヤ濃度が5.1
×1018cm−3であり、2.3×1018cm−3
の差がある。キャリヤ濃度だけからこれを見ていると、
p=4.4×1018cm−3、p=5.1×1018
cm−3の場合、キャリヤ濃度は0.7×1018cm
−3しか違わないのに、Zn原子濃度は4.8×101
8cm−3、7.4×1018cm−3であって、後者
は前者の1.5倍ものZnが添加されているということ
になる。そこで本発明者は〔キャリヤ濃度〕/〔Zn濃
度〕を活性化率と名付け、図3と同じデータについてZ
n原子濃度の函数として活性化率を図4に示した。Zn
濃度が3×1018cm−3以下では活性化率は100
%である。Zn濃度が3〜5×1018cm−3で活性
化率は97〜95%程度である。ところがZn濃度が5
×1018cm−3を越えると活性化率は急激に低下す
る。〔Zn〕=5.4×1018cm−3のとき活性化
率は85%、〔Zn〕=6.2×1018cm−3のと
き活性化率は77%、〔Zn〕=7.4×1018cm
−3のとき活性化率は67%である。
き、正孔濃度(キャリヤ濃度)が4.4×1018cm
−3であり、後者が0.4×1018cm−3低くなっ
ている。Zn濃度が5.4×1018cm−3の場合、
正孔濃度は4.8×1018cm−3である。この場合
0.6×1018cm−3の差がある。Zn濃度が7.
4×1018cm−3の場合は、キャリヤ濃度が5.1
×1018cm−3であり、2.3×1018cm−3
の差がある。キャリヤ濃度だけからこれを見ていると、
p=4.4×1018cm−3、p=5.1×1018
cm−3の場合、キャリヤ濃度は0.7×1018cm
−3しか違わないのに、Zn原子濃度は4.8×101
8cm−3、7.4×1018cm−3であって、後者
は前者の1.5倍ものZnが添加されているということ
になる。そこで本発明者は〔キャリヤ濃度〕/〔Zn濃
度〕を活性化率と名付け、図3と同じデータについてZ
n原子濃度の函数として活性化率を図4に示した。Zn
濃度が3×1018cm−3以下では活性化率は100
%である。Zn濃度が3〜5×1018cm−3で活性
化率は97〜95%程度である。ところがZn濃度が5
×1018cm−3を越えると活性化率は急激に低下す
る。〔Zn〕=5.4×1018cm−3のとき活性化
率は85%、〔Zn〕=6.2×1018cm−3のと
き活性化率は77%、〔Zn〕=7.4×1018cm
−3のとき活性化率は67%である。
【0020】本発明が規定するようにZn濃度が3〜7
×1018cm−3であると活性化率は70%以上であ
る。 またキャリヤ濃度は4.9×1018cm−3以下であ
る。 7×1018cm−3というのはZnの熱拡散によって
活性層の光吸収が過度に増加しない上限である。3×1
018cm−3というのはp型基板の電気抵抗が高くな
り過ぎないための下限である。従来p型(Znドープ)
InP基板は、正孔移動度が低く(電子の1/20〜1
/30)高抵抗になりやすいのでできるだけZnを多く
ドープして低抵抗化を企っていた。前述のAppl.R
hys.Lett.45(3),p282(1984)
もp=5.0×1018cm−3のp型InP基板を使
っていた。 本発明者の方法と同じ製造方法であるとすればZn濃度
に直すと7.2×1018cm−3以上に当たる。これ
以上で正孔濃度が飽和するので、Zn濃度は8〜10×
1018cm−3であるのかも知れない。このようにZ
n濃度が高いと熱拡散によりZnが活性層に至り発光特
性を低下させる。
×1018cm−3であると活性化率は70%以上であ
る。 またキャリヤ濃度は4.9×1018cm−3以下であ
る。 7×1018cm−3というのはZnの熱拡散によって
活性層の光吸収が過度に増加しない上限である。3×1
018cm−3というのはp型基板の電気抵抗が高くな
り過ぎないための下限である。従来p型(Znドープ)
InP基板は、正孔移動度が低く(電子の1/20〜1
/30)高抵抗になりやすいのでできるだけZnを多く
ドープして低抵抗化を企っていた。前述のAppl.R
hys.Lett.45(3),p282(1984)
もp=5.0×1018cm−3のp型InP基板を使
っていた。 本発明者の方法と同じ製造方法であるとすればZn濃度
に直すと7.2×1018cm−3以上に当たる。これ
以上で正孔濃度が飽和するので、Zn濃度は8〜10×
1018cm−3であるのかも知れない。このようにZ
n濃度が高いと熱拡散によりZnが活性層に至り発光特
性を低下させる。
【0021】さてZnドープp型InP基板の上に、I
nGaAsPを活性層とする埋め込み型半導体レーザを
作る場合、基板の亜鉛Zn濃度によりどのようにZnが
拡散してゆくのかを説明する。図5は本発明で規定する
ように基板のZn濃度が3〜7×1018cm−3の場
合の、2回の液相エピタキシーの後のZn分布を示す。 横軸は基板の底から上方に向けて取った高さを示す。縦
軸はZn原子濃度である。下から順にp−InP基板、
p−InP第1クラッド層、InGaAsP活性層、n
−InP第2クラッド層、n−InGaAsPコンタク
ト層である。埋め込み層へのZnの拡散はここでは問題
にしないのでここには示していない。レーザの中心線に
沿う分布である。打点で示したものは第1回目の活性層
までを形成したときのZn濃度である。ここでは基板で
のZn濃度を4×1018cm−3だとしている。p−
InPクラッド層では0.8×1018cm−3、In
GaAsP活性層ではもっと低い濃度で0.5〜0.6
×1018cm−3程度である。ところがその後、埋め
込み層を形成し、コンタクト層を形成するためのエピタ
キシーを行うと、Znが基板の方から活性層の方へ拡散
し太い実線で示すようになる。しかしもともとp−In
P基板のZn濃度があまり高くないから、p−InP第
1クラッド層の基板に接する側のZn濃度が少し高くな
るだけであって、InGaAsP活性層のZn濃度は殆
ど増えない。 活性層のZn濃度は設計値のままで0.5〜0.6×1
018cm−3程度である。活性層の直上n−InP第
2クラッド層との境界がpn接合になっている。
nGaAsPを活性層とする埋め込み型半導体レーザを
作る場合、基板の亜鉛Zn濃度によりどのようにZnが
拡散してゆくのかを説明する。図5は本発明で規定する
ように基板のZn濃度が3〜7×1018cm−3の場
合の、2回の液相エピタキシーの後のZn分布を示す。 横軸は基板の底から上方に向けて取った高さを示す。縦
軸はZn原子濃度である。下から順にp−InP基板、
p−InP第1クラッド層、InGaAsP活性層、n
−InP第2クラッド層、n−InGaAsPコンタク
ト層である。埋め込み層へのZnの拡散はここでは問題
にしないのでここには示していない。レーザの中心線に
沿う分布である。打点で示したものは第1回目の活性層
までを形成したときのZn濃度である。ここでは基板で
のZn濃度を4×1018cm−3だとしている。p−
InPクラッド層では0.8×1018cm−3、In
GaAsP活性層ではもっと低い濃度で0.5〜0.6
×1018cm−3程度である。ところがその後、埋め
込み層を形成し、コンタクト層を形成するためのエピタ
キシーを行うと、Znが基板の方から活性層の方へ拡散
し太い実線で示すようになる。しかしもともとp−In
P基板のZn濃度があまり高くないから、p−InP第
1クラッド層の基板に接する側のZn濃度が少し高くな
るだけであって、InGaAsP活性層のZn濃度は殆
ど増えない。 活性層のZn濃度は設計値のままで0.5〜0.6×1
018cm−3程度である。活性層の直上n−InP第
2クラッド層との境界がpn接合になっている。
【0022】図6は基板のZn濃度が7×1018cm
−3を越える場合(この例では7×1018cm−3)
のZnの拡散を説明する。活性層までを作る第1回目の
エピタキシーでは、p−InP第1クラッド層が0.8
×1018cm−3、InGaAsP活性層が0.5〜
0.6×1018cm−3のZnの濃度でこれは図5の
場合と同じである(打点で示す)。ところが2回のエピ
タキシーを行うと太い実線で示すように高濃度のZnが
基板から拡散しp−InP第1クラッド層全体のZn濃
度が2×1018〜4.5×1018cm−3まで上昇
してしまう。活性層の濃度も1.6〜2×1018cm
−3程度に増加する。それだけでなくn−InP第2ク
ラッド層へもZnが拡散するので、これの一部がp型に
反転しpn接合がInPクラッド層の中へ入ってしまう
。こうなるとInGaAsPで発光するのでなくInP
で発光するので発光波長が変わってしまう。また高濃度
のZnがあるので光の吸収が大きくなる。このため高温
での発振が難しくなるし、低温であっても発光パワーが
小さくなるのである。
−3を越える場合(この例では7×1018cm−3)
のZnの拡散を説明する。活性層までを作る第1回目の
エピタキシーでは、p−InP第1クラッド層が0.8
×1018cm−3、InGaAsP活性層が0.5〜
0.6×1018cm−3のZnの濃度でこれは図5の
場合と同じである(打点で示す)。ところが2回のエピ
タキシーを行うと太い実線で示すように高濃度のZnが
基板から拡散しp−InP第1クラッド層全体のZn濃
度が2×1018〜4.5×1018cm−3まで上昇
してしまう。活性層の濃度も1.6〜2×1018cm
−3程度に増加する。それだけでなくn−InP第2ク
ラッド層へもZnが拡散するので、これの一部がp型に
反転しpn接合がInPクラッド層の中へ入ってしまう
。こうなるとInGaAsPで発光するのでなくInP
で発光するので発光波長が変わってしまう。また高濃度
のZnがあるので光の吸収が大きくなる。このため高温
での発振が難しくなるし、低温であっても発光パワーが
小さくなるのである。
【0023】
【実施例】高圧水平ブリッジマン(Bridgman)
法で成長させたInP多結晶1kgを出発原料とし、Z
nをドープしてp型InP単結晶を液体封止チョクラル
スキー法(LEC)で引き上げた。るつぼは直径4イン
チの石英るつぼである。亜鉛Znの添加量は結晶フロン
ト部で、3×1018cm−3になるように設計した。 InP多結晶、Znは液体封止剤のB2 O3 で覆い
、窒素ガスによって高圧を印加し昇温してInP原料融
液とする。InP種結晶を漬け回転しながら引き上げた
。種結晶を付けた上軸の回転数は7rpm、るつぼの回
転数は20rpmで互いに反対方向に回転させた。引き
上げ速度は7mm/hrとし、自動直径制御装置を用い
て直径が55±5mmとなるように結晶成長させた。得
られた結果は全長に於いて単結晶であり、直胴部の長さ
は40mmであった。結晶フロント部のZn濃度は3×
1018cm−3であった。キャリヤ濃度も3×101
8cm−3であった。
法で成長させたInP多結晶1kgを出発原料とし、Z
nをドープしてp型InP単結晶を液体封止チョクラル
スキー法(LEC)で引き上げた。るつぼは直径4イン
チの石英るつぼである。亜鉛Znの添加量は結晶フロン
ト部で、3×1018cm−3になるように設計した。 InP多結晶、Znは液体封止剤のB2 O3 で覆い
、窒素ガスによって高圧を印加し昇温してInP原料融
液とする。InP種結晶を漬け回転しながら引き上げた
。種結晶を付けた上軸の回転数は7rpm、るつぼの回
転数は20rpmで互いに反対方向に回転させた。引き
上げ速度は7mm/hrとし、自動直径制御装置を用い
て直径が55±5mmとなるように結晶成長させた。得
られた結果は全長に於いて単結晶であり、直胴部の長さ
は40mmであった。結晶フロント部のZn濃度は3×
1018cm−3であった。キャリヤ濃度も3×101
8cm−3であった。
【0024】次にZn濃度の違う5種類のp型InP基
板の上へ埋め込み型半導体レーザを液相エピタキシーに
よって作製した。埋め込み層を除外してp型基板の上へ
積層したものは順に ■ p−InPクラッド層 Zn濃度0.6〜0.7×1018cm−3,厚さ0.
5μm ■ p−InGaAsP活性層 Zn濃度0.4〜0.5×1018cm−3,厚さ0.
12μm ■ n−InGaAsPガイド層 Si濃度0.6〜0.7×1018cm−3,厚さ0.
14μm ■ n−InPクラッド層 Si濃度0.8〜1.0×1018cm−3,厚さ0.
5μm ■ アンドープInGaAsPキャップ層,厚さ0.
05μm である。最も簡単なファブリペロー型の半導体(BH)
レーザで、長さは300μm、両端面の反射率は0.3
1と0.9としている。0.31の方から光を出すよう
にしている。p型InP基板のZn濃度は(a)2×1
018cm−3 (b)3×1018cm−3 (
c)4.8×1018cm−3 (d)5.1×10
18cm−3 (e)7×1018cm−3である。 周囲温度を20℃〜80℃に変えてそれぞれの温度に於
ける電流、光出力特性を測定しグラフに表わした。図7
は(a)〔Zn〕=2×1018cm−3の例を示す。 図8、9、10、はそれぞれ(b)〔Zn〕=3×10
18cm−3、(c)〔Zn〕=4.5×1018cm
−3、(d)〔Zn〕=6.5×1018cm−3の場
合である。この中で最も特性の優れているのは(c)〔
Zn〕=4.5×1018cm−3の基板を使ったレー
ザである。曲線の勾配が発光効率を表わすが勾配が極め
て大きい。20℃で60mAの注入電流で光のパワーが
20mWである。また閾値電圧も低い。さらに80℃で
も発振し、閾値電流は40mAである。100mAの注
入電流に対して8.3mWの発光出力がある。次に良い
のは(d)〔Zn〕=6.5×1018cm−3の基板
を使ったレーザである。(c)の例より発光効率も低く
、閾値も高いが80℃でも発振する。20℃で110m
Aの注入電流で光のパワーが20mAになる。80℃の
閾値電流は55mAで、100mAの電流に対し、4m
Aの発光出力がある。3番目に良いのは(b)〔Zn〕
=3×1018cm−3の基板を使ったものである。2
0℃で130mAの注入電流で光のパワーが20mWに
なる。80℃の閾値電流は45mAで、100mAの電
流に対する発光出力は4mWである。4番目のものは(
A)〔Zn〕=2×1018cm−3の基板の上に作っ
たレーザである。25℃の閾値が30mAで100mA
の注入電流でも10mWの出力しかない。80℃での閾
値は80mAで発振することはするが電流100mAに
対して1mW程度の光出力である。これは基板のZnが
少なく抵抗が高すぎる為であると考えられる。(e)〔
Zn〕=7.5×1018cm−3のものはレーザ発振
しなかった。僅かな発光は認められるが波長がInPの
ハンドギャップに対応しpn接合がn−InPクラッド
層の方へずれているということが分かる。レ−ザ発振し
なかったので電流光出力のグラフは図示しない。
板の上へ埋め込み型半導体レーザを液相エピタキシーに
よって作製した。埋め込み層を除外してp型基板の上へ
積層したものは順に ■ p−InPクラッド層 Zn濃度0.6〜0.7×1018cm−3,厚さ0.
5μm ■ p−InGaAsP活性層 Zn濃度0.4〜0.5×1018cm−3,厚さ0.
12μm ■ n−InGaAsPガイド層 Si濃度0.6〜0.7×1018cm−3,厚さ0.
14μm ■ n−InPクラッド層 Si濃度0.8〜1.0×1018cm−3,厚さ0.
5μm ■ アンドープInGaAsPキャップ層,厚さ0.
05μm である。最も簡単なファブリペロー型の半導体(BH)
レーザで、長さは300μm、両端面の反射率は0.3
1と0.9としている。0.31の方から光を出すよう
にしている。p型InP基板のZn濃度は(a)2×1
018cm−3 (b)3×1018cm−3 (
c)4.8×1018cm−3 (d)5.1×10
18cm−3 (e)7×1018cm−3である。 周囲温度を20℃〜80℃に変えてそれぞれの温度に於
ける電流、光出力特性を測定しグラフに表わした。図7
は(a)〔Zn〕=2×1018cm−3の例を示す。 図8、9、10、はそれぞれ(b)〔Zn〕=3×10
18cm−3、(c)〔Zn〕=4.5×1018cm
−3、(d)〔Zn〕=6.5×1018cm−3の場
合である。この中で最も特性の優れているのは(c)〔
Zn〕=4.5×1018cm−3の基板を使ったレー
ザである。曲線の勾配が発光効率を表わすが勾配が極め
て大きい。20℃で60mAの注入電流で光のパワーが
20mWである。また閾値電圧も低い。さらに80℃で
も発振し、閾値電流は40mAである。100mAの注
入電流に対して8.3mWの発光出力がある。次に良い
のは(d)〔Zn〕=6.5×1018cm−3の基板
を使ったレーザである。(c)の例より発光効率も低く
、閾値も高いが80℃でも発振する。20℃で110m
Aの注入電流で光のパワーが20mAになる。80℃の
閾値電流は55mAで、100mAの電流に対し、4m
Aの発光出力がある。3番目に良いのは(b)〔Zn〕
=3×1018cm−3の基板を使ったものである。2
0℃で130mAの注入電流で光のパワーが20mWに
なる。80℃の閾値電流は45mAで、100mAの電
流に対する発光出力は4mWである。4番目のものは(
A)〔Zn〕=2×1018cm−3の基板の上に作っ
たレーザである。25℃の閾値が30mAで100mA
の注入電流でも10mWの出力しかない。80℃での閾
値は80mAで発振することはするが電流100mAに
対して1mW程度の光出力である。これは基板のZnが
少なく抵抗が高すぎる為であると考えられる。(e)〔
Zn〕=7.5×1018cm−3のものはレーザ発振
しなかった。僅かな発光は認められるが波長がInPの
ハンドギャップに対応しpn接合がn−InPクラッド
層の方へずれているということが分かる。レ−ザ発振し
なかったので電流光出力のグラフは図示しない。
【0025】このような結果からp型InP基板のZn
濃度は4〜5×1018cm−3であるのが最良であり
、3〜7×1018cm−3であれば80℃でも十分な
レーザ発振をするとういう事が分かる。これらを外れる
と閾値電流が高くなるし発光効率も低い。
濃度は4〜5×1018cm−3であるのが最良であり
、3〜7×1018cm−3であれば80℃でも十分な
レーザ発振をするとういう事が分かる。これらを外れる
と閾値電流が高くなるし発光効率も低い。
【0026】
【発明の効果】p型InP基板を用いて半導体レーザ、
発光ダイオ−ドが作られるが従来は品質評価をキャリヤ
濃度で行っていたので隠れたパラメータを見落とすこと
になり一定の特性のものを再現性良く作るということが
難しかった。本発明はInP基板中にZnをある程度以
上にド−ピングすると、Zn濃度に対してキャリヤ濃度
が飽和し、飽和濃度の近傍に於いてキャリヤ濃度を指定
してもZn原子の濃度は一義的に規定されないことを明
らかにしている。またZn濃度が3〜7×1018cm
−3としているのでZnが2度のエピタキシーによって
も活性層まで拡散しないし基板の抵抗も小さく極めて発
光効率のよい閾値電流の低い、高温でも発振できる半導
体レーザを提供することができる。
発光ダイオ−ドが作られるが従来は品質評価をキャリヤ
濃度で行っていたので隠れたパラメータを見落とすこと
になり一定の特性のものを再現性良く作るということが
難しかった。本発明はInP基板中にZnをある程度以
上にド−ピングすると、Zn濃度に対してキャリヤ濃度
が飽和し、飽和濃度の近傍に於いてキャリヤ濃度を指定
してもZn原子の濃度は一義的に規定されないことを明
らかにしている。またZn濃度が3〜7×1018cm
−3としているのでZnが2度のエピタキシーによって
も活性層まで拡散しないし基板の抵抗も小さく極めて発
光効率のよい閾値電流の低い、高温でも発振できる半導
体レーザを提供することができる。
【図1】半導体レ−ザの製造工程図
【図2】その後のエピタキシャル成長によってZnが基
板から活性層へ拡散する様子を示す図。
板から活性層へ拡散する様子を示す図。
【図3】InP基板にド−プしたZn原子濃度とキャリ
ヤ濃度の測定値を示すグラフ。
ヤ濃度の測定値を示すグラフ。
【図4】InP基板にZnをド−プした時のZn原子濃
度と活性化率の測定値を示すグラフ。
度と活性化率の測定値を示すグラフ。
【図5】本発明のInP基板からのZnの拡散を説明す
るための図。
るための図。
【図6】従来例におけるInP基板からのZnの拡散を
説明するための図。
説明するための図。
【図7】InP基板のZn濃度を2×1018cm−3
とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場合の
半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場合の
半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
【図8】InP基板のZn濃度を3×1018cm−3
とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場合の
半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場合の
半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
【図9】InP基板のZn濃度を4.5×1018cm
−3とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場
合の半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
−3とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した場
合の半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
【図10】InP基板のZn濃度を6.5×1018c
m−3とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した
場合の半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
m−3とし、これを基板として半導体レ−ザを作製した
場合の半導体レ−ザの温度による電流光出力特性図。
【図11】n基板の場合の埋め込み層の構造と、埋め込
み層の電流リ−クについてサイリスタ等価回路を用いて
説明した図。
み層の電流リ−クについてサイリスタ等価回路を用いて
説明した図。
【図12】p基板の場合の埋め込み層の構造と、埋め込
み層の電流リ−クについてサイリスタ等価回路を用いて
説明した図。
み層の電流リ−クについてサイリスタ等価回路を用いて
説明した図。
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体レーザ又は発光ダイオ−ドを作
るための基板であって、Zn濃度が3〜7×1018c
m−3であることを特徴とするp型InP基板。 - 【請求項2】 半導体レーザ又は発光ダイオ−ドを作
るための基板であって、Zn濃度が4〜5×1018c
m−3であることを特徴とするp型InP基板。 - 【請求項3】 半導体レーザ又は発光ダイオ−ドを作
るためのZnをド−ピングしたInP基板を評価するた
めにZn濃度を用いることを特徴とするp型InP基板
の評価方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6927791A JPH04280447A (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | p型InP基板とその評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6927791A JPH04280447A (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | p型InP基板とその評価方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280447A true JPH04280447A (ja) | 1992-10-06 |
Family
ID=13397994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6927791A Pending JPH04280447A (ja) | 1991-03-07 | 1991-03-07 | p型InP基板とその評価方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04280447A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0589200A1 (en) * | 1992-08-25 | 1994-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and its production method |
WO2014156596A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体ウエハ、光電変換素子、およびiii-v族化合物半導体単結晶の製造方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57210633A (en) * | 1982-03-01 | 1982-12-24 | Nec Corp | Surface treating device for 3-5 family compound semiconductor |
JPS59171136A (ja) * | 1983-08-12 | 1984-09-27 | Hitachi Ltd | ウエ−ハ・サセプタ用ハンガ |
JPS62281417A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 気相成長装置 |
JPH0285358A (ja) * | 1987-10-24 | 1990-03-26 | Tadahiro Omi | 減圧装置 |
JPH02116188A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-04-27 | Siemens Ag | 波長可変dfbレーザー |
JPH03231485A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
-
1991
- 1991-03-07 JP JP6927791A patent/JPH04280447A/ja active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57210633A (en) * | 1982-03-01 | 1982-12-24 | Nec Corp | Surface treating device for 3-5 family compound semiconductor |
JPS59171136A (ja) * | 1983-08-12 | 1984-09-27 | Hitachi Ltd | ウエ−ハ・サセプタ用ハンガ |
JPS62281417A (ja) * | 1986-05-30 | 1987-12-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 気相成長装置 |
JPH0285358A (ja) * | 1987-10-24 | 1990-03-26 | Tadahiro Omi | 減圧装置 |
JPH02116188A (ja) * | 1988-09-22 | 1990-04-27 | Siemens Ag | 波長可変dfbレーザー |
JPH03231485A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Fujitsu Ltd | 半導体レーザ |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0589200A1 (en) * | 1992-08-25 | 1994-03-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and its production method |
US5349597A (en) * | 1992-08-25 | 1994-09-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device and production method therefor |
WO2014156596A1 (ja) * | 2013-03-26 | 2014-10-02 | Jx日鉱日石金属株式会社 | 化合物半導体ウエハ、光電変換素子、およびiii-v族化合物半導体単結晶の製造方法 |
CN105247117A (zh) * | 2013-03-26 | 2016-01-13 | 吉坤日矿日石金属株式会社 | 化合物半导体晶片、光电转换元件、以及iii-v族化合物半导体单晶的制造方法 |
EP2982783A4 (en) * | 2013-03-26 | 2017-01-04 | JX Nippon Mining & Metals Corporation | Compound semiconductor wafer, photoelectric conversion element, and method for producing group iii-v compound semiconductor single crystals |
EP3828319A1 (en) * | 2013-03-26 | 2021-06-02 | JX Nippon Mining & Metals Corp. | Compound semiconductor wafer, photoelectric conversion element, and method for producing group iii-v compound semiconductor single crystals |
US11211505B2 (en) | 2013-03-26 | 2021-12-28 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium phosphide wafer, photoelectric conversion element, and method for producing a monocrystalline indium phosphide |
US11349037B2 (en) | 2013-03-26 | 2022-05-31 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium phosphide wafer, photoelectric conversion element, and method for producing a monocrystalline indium phosphide |
EP4119703A1 (en) * | 2013-03-26 | 2023-01-18 | JX Nippon Mining & Metals Corp. | Compound semiconductor wafer, photoelectric conversion element, and method for producing group iii-v compound semiconductor single crystals |
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